一种气门导管及其粉末冶金生产工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种气门导管及其粉末冶金生产工艺；属于机械零部件加工技术领域。
【背景技术】
[0002]气门导管是发动机(包括汽油机和柴油机)上引导发动机气门开闭运动的必不可少的重要零件，将其压装于缸盖中后，必须对其内径进行铰削加工，因此，要求气门导管内径面必须具有较好的耐磨性和被切削性。在使用铅汽油时，相应的气门导管一般使用灰铸铁、含硼或其他元素的特种铸铁以及高强度黄铜切削加工生产，材料利用率只有50%左右。随着对环保要求越来越高，含铅汽油因其尾气排放严重污染环境、危害人们身体健康正被逐步淘汰。汽车改用无铅汽油是国际发展的大趋势，这在发达国家纷纷成为现实，我国也开始强制推行使用无铅汽油。无铅汽油的使用，使原先赖以减摩的含铅硫化物在气门导管和气门杆之间不复存在，导致传统的合金铸铁气门导管出现快速磨损，使用寿命明显下降。
[0003]现有技术中气门导管为铸铁制造方法，采用高温融熔化工艺，其能耗高、效率低，并且在导管冷却到室温时，由于芯部与边缘的冷却速率不同，导致室温下产品的组织不同，边缘因冷却较快，组织细小，芯部因冷却较慢，组织粗大，造成内应力较大，容易产生加工和使用变形；而且浇铸件中易夹杂气泡，在产品内部形成大气孔，造成机械强度下降。
[0004]随着汽车发动机性能要求的不断提高，气门导管的工况条件愈加苛刻，对气门导管性能提出了更高要求，也就必然要求对其材料和制造工艺进行改进，新兴的粉末冶金气门导管的开发在国内就受到了重视，但由干种种原因，产品质量存在一些问题，诸如导管中间密度低、易断裂，导管耐磨性差、寿命短，材料切削性差、难以铰削内孔等，长期没有得到解决，成为了制约气门导管发展的瓶颈。
【发明内容】
[0005]为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种气门导管及其粉末冶金生产工艺，制得的气门导管具有较高的含油率，自润滑性能和耐磨性好，有利于切削，生产效率高，且密度均匀，压坯端部和中间部位的密度差在0.2g/cm3以下。
[0006]为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案:
[0007]一种气门导管，由粉末冶金工艺制成，粉末原料且各原料的质量百分比如下:0.6?1.2%石墨，O?1.5%的铜，0.3?0.8%的硬脂酸锌，0.2?0.6%的硫磺，余量为铁粉。
[0008]优选地，前述石墨的粉末粒径为1500目。
[0009]更优选地，前述硫磺的粉末粒径为100-500目。
[0010]进一步地，前述铁粉为100目还原铁粉。
[0011]此外，本发明还公开了前述的一种气门导管的粉末冶金生产工艺，包括如下步骤:
[0012]S1、原料混合:按权利要求1所述的质量百分比称取各原料粉末，然后将各原料粉末加入混料机中混合均匀，混合时间为60-70min ；
[0013]S2、压坯成型:将混合后的原料倒入模具中，在lOt/cm2的压力下双向压制5_10s，然后在40T的脱机力下，脱出模腔，制成压坯；
[0014]S3、烧结:将步骤S2得到压坯在网带式烧结炉中进行烧结，用氮气、氢气作为保护气氛，全程烧结时间为4-5小时，网速为60mm/min ；
[0015]S4、机加工:将烧结后的产品进行精加工，得到成品的气门导管。
[0016]优选地，前述步骤S3中，网带式烧结炉具有预烧区、正烧区和冷却区这三个烧结区，其中，预烧区的烧结温度为600-900 °C，烧结时间为1.5h ;正烧区的烧结温度为1110-1130 °C，烧结时间为Ih;冷却区包括预冷区和常温冷却区，预冷区的温度为1100-1120°C，预冷时间为0.5h，常温冷却区采用循环水将烧结产品冷却至室温。通过合理选择烧结工艺、温度和时间，能够在获得高密度压坯的同时，提高产品的硬度和压溃强度。
[0017]进一步地，前述步骤S4中，精加工包括:粗车外径、车加工倒角及磨外径过程，以保证产品同轴度要求。
[0018]本发明的有益之处在于:本发明的气门导管选择了合适的粉末原料采用粉末冶金工艺制得，一次即可成型，适合批量化生产，模具还可设计为一模三出式结构，进一步提高生产效率；而且材料的利用率高，产品密度均匀性好，压坯端部和中间部位的密度差在
0.2g/cm3以下；同时，选择合适的粉末原料，采用本发明的粉末冶金工艺生产得到的气门导管内含有合理的空隙，硫磺的添加使得气门导管在使用过程中具有较好的自润滑性能，也有利于产品的切削加工，保证了导管尺寸精度和同轴度的要求；添加石墨和铜，同时对压坯成型的方法进行改进，这样就能在获得高密度压坯的同时，提高产品的硬度和压溃强度，经检测，最终得到的气门导管的珠光体含量大于50%，渗碳体含量小于5%。
【具体实施方式】
[0019]以下结合具体实施例对本发明作具体的介绍。
[0020]实施例1
[0021 ] 本实施例的气门导管的组成按重量百分比包括:1.2%石墨，0.75%的铜，0.8 %的硬脂酸锌，0.4%的硫磺，余量为铁粉。
[0022]生产工艺步骤如下:
[0023]S1、原料混合:按前述的质量百分比称取各原料粉末，然后将各原料粉末加入混料机中混合均勾，混合时间为60_70min ；
[0024]S2、压坯成型:将混合后的原料倒入模具中，在10t/cm2的压力下双向压制5_10s，然后在40T的脱机力下，脱出模腔，制成压坯；
[0025]S3、烧结:将步骤S2得到压坯在网带式烧结炉中烧结，用氮气、氢气作为保护气氛，预烧区的烧结温度为600-900°C，烧结时间为1.5h ;正烧区的烧结温度为1110-1130°C，烧结时间为Ih ;冷却区包括预冷区和常温冷却区，预冷区的温度为1100-1120°C，预冷时间为0.5h，常温冷却区采用循环水将烧结产品冷却至室温；控制全程烧结时间为4-5小时，网速为 60mm/mi η ；
[0026]S4、机加工:将烧结后的产品进行精加工，得到成品的气门导管。
[0027]对成品的气门导管进行检测，检测结果显示:密度大于6.3g/cm3，压坯端部和中间部位的密度差在0.2g/cm3以下，密度均一性好；硬度为80-120HB，压溃强度大于450Mpa。
[0028]实施例2
[0029]本实施例的气门导管的组成按重量百分比包括:0.6%石墨，0.3%的硬脂酸锌，
0.6%的硫磺，余量为铁粉。
[0030]生产工艺步骤与实施例1相同，不再赘述。
[0031]对成品的气门导管进行检测，检测结果显示:密度大于6.4g/cm3，压坯端部和中间部位的密度差在0.2g/cm3以下，密度均一性好；硬度为90-120HB，压溃强度大于460Mpa。
[0032]实施例3
[0033]本实施例的气门导管的组成按重量百分比包括:0.9 %石墨，1.5 %的铜，0.6 %的硬脂酸锌，0.2%的硫磺，余量为铁粉。
[0034]生产工艺步骤与实施例1相同，不再赘述。
[0035]对成品的气门导管进行检测，检测结果显示:密度大于6.4g/cm3，压坯端部和中间部位的密度差在0.2g/cm3以下，密度均一性好；硬度为100-120HB，压溃强度大于610Mpa。
[0036]综上，本发明通过合理选择粉末原料，采用改进的粉末冶金工艺生产得到的气门导管，在获得高密度压坯的同时，优化了产品的密度均一性，解决了现有技术中的困扰，同时还进一步提高了产品的硬度和压溃强度。
[0037]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种气门导管，其特征在于，由粉末冶金工艺制成，粉末原料且各原料的质量百分比如下:0.6?1.2%石墨，O?1.5%的铜，0.3?0.8%的硬脂酸锌，0.2?0.6%的硫磺，余量为铁粉。
2.根据权利要求1所述的一种气门导管，其特征在于，所述石墨的粉末粒径为1500目。
3.根据权利要求1所述的一种气门导管，其特征在于，所述硫磺的粉末粒径为100-500目。
4.根据权利要求1所述的一种气门导管，其特征在于，所述铁粉为100目还原铁粉。
5.如权利要求1所述的一种气门导管的粉末冶金生产工艺，其特征在于，包括如下步骤: 51、原料混合:按权利要求1所述的质量百分比称取各原料粉末，然后将各原料粉末加入混料机中混合均匀，混合时间为60-70min ； 52、压坯成型:将混合后的原料倒入模具中，在lOt/cm2的压力下双向压制5-lOs，然后在40T的脱机力下，脱出模腔，制成压坯； 53、烧结:将步骤S2得到压坯在网带式烧结炉中进行烧结，用氮气、氢气作为保护气氛，全程烧结时间为4-5小时，网速为60mm/min ； 54、机加工:将烧结后的产品进行精加工，得到成品的气门导管。
6.根据权利要求5所述的一种气门导管的粉末冶金生产工艺，其特征在于，所述步骤S3中，网带式烧结炉具有预烧区、正烧区和冷却区这三个烧结区，其中，预烧区的烧结温度为600-900°C，烧结时间为1.5h ;正烧区的烧结温度为1110-1130°C，烧结时间为Ih ;冷却区包括预冷区和常温冷却区，预冷区的温度为1100-1120°C，预冷时间为0.5h，常温冷却区采用循环水将烧结产品冷却至室温。
7.根据权利要求5所述的一种气门导管的粉末冶金生产工艺，其特征在于，所述步骤S4中，精加工包括:粗车外径、车加工倒角及磨外径过程，以保证产品同轴度要求。
【专利摘要】本发明公开了一种气门导管及其粉末冶金生产工艺，其中，气门导管选择了合适的粉末原料采用粉末冶金工艺制得，一次即可成型，适合批量化生产，模具还可设计为一模三出式结构，进一步提高生产效率；而且材料的利用率高，产品密度均匀性好，压坯端部和中间部位的密度差在0.2g/cm3以下；同时，气门导管内含有合理的空隙，硫磺的添加使得气门导管在使用过程中具有较好的自润滑性能，也有利于产品的切削加工，保证了导管尺寸精度和同轴度的要求；添加石墨和铜，同时对压坯成型的方法进行改进，这样就能在获得高密度压坯的同时，提高产品的硬度和压溃强度，经检测，最终得到的气门导管的珠光体含量大于50％，渗碳体含量小于5％。
【IPC分类】B22F1-00, B22F5-12, B22F3-16
【公开号】CN104785772
【申请号】CN201510121604
【发明人】顾进文, 疏金平, 詹晓明, 丁邦顺, 张克庆, 毕军
【申请人】安徽恒均粉末冶金科技股份有限公司
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年3月19日